整流回路

 

1. ひずみ波形の特性

(1)  実効値

実効値の定義

 

正弦波の場合、

 

(2)  皮相電力

皮相電力=電圧実効値×電流実効値=

 

なお、交流電源の電圧実効値は常にV である。

 

整流回路における電源の皮相電力は、

電源電圧実効値×電源電流実効値(サイリスタオン時の電流実効値)で表わされる。

 

(3)  基本波力率

電源電圧波形(正弦波)と、サイリスタのオンオフによる電源電流波形(方形波)の位相差から求まる。

 

(4)  有効電力

正弦波の場合の平均電力は、

 

整流回路では、平滑リアクトルまたは平滑コンデンサにより、出力電圧と出力電流は直流になるので、

有効電力=直流出力電圧×直流出力電流で表わされる。

 

(5)  総合力率

総合力率=有効電力÷皮相電力で表わされ、上記の場合は となる。

電流の基本波の電流実効値を、基本波力率をとした場合、有効電力は、

となり、電源が供給する有効電力は、基本波成分のみによって決まる。それ以外の周期が異なる正弦波形は、積算した上で積分すると0になる。

 

 

2. 単相半波整流

(1) 単相半波ダイオード整流回路

@ 抵抗負荷Rのみの場合

ž  電流実効値:

 

ž  皮相電力:

抵抗負荷なので力率は1、したがって、皮相電力=有効電力。

 

A リアクトルLを接続した場合

電流波形は、

 

ダイオードがオンの期間π からδ に伸びる。δ を消弧角という。

 

面積A=面積Bなので、リアクトルの電圧平均値は0

リアクトルの電力平均値も0

 

δ が増大すれば、電流の極大値も下がるので、電流が連続的に流れることは無い。

 

 

 

 

(2) 単相半波サイリスタ整流回路

サイリスタの制御角をα する。

 

@ 抵抗負荷のみの場合

ž  電流実効値:

 

ž  皮相電力:

抵抗負荷なので力率は1、したがって、皮相電力=有効電力。

 

A リアクトルを接続した場合

ダイオードの場合と同様の振る舞いをする。

 

 

(3) 単相半波サイリスタ整流回路+環流ダイオード

出力を直流にするために、平滑リアクトルを負荷に直列接続し(チョークインプット型)、転流させ電流を連続的に流すために、環流ダイオードを並列接続する。

 

時定数(L/R)は十分大きく、定常状態で出力は直流であるとして考える。

出力の直流電流を とする。

 

ž  電流実効値:

電源から供給される電流のみを考え、環流ダイオード通過する電流は考慮しない。片側方向のみの方形波となる。

 

ž  皮相電力:

 

ž  基本波力率:

サイリスタの制御遅れ角はα で、かつ、片側方形波の電流オンの期間がα 減ってしまっているので、電源電圧(正弦波)に対する位相の遅れはα/2となる。

 

ž  直流電圧:

出力電圧平均値=出力電圧実効値となる。

サイリスタの代わりにダイオードの場合はα = 0

 

ž  有効電力:

 

ž  総合力率:

 

ed

 

 

 

3. 単相全波整流

(1) 単相サイリスタブリッジ整流回路

制御角α によって、直流電圧の出力制御が可能となる。ただし、直流電流を連続させるには、消弧角δ に対し、α +π < δ でなければならない。また、α >π /2 になると、出力電圧が負になる。この時、負荷抵抗の代わりに、直流電源を挿入すれば、移動する電力の向きが逆になり、交流電源に向かって有効電力が流れる(他励式インバータ)。

 

ž  電流実効値:

半周期で転流するので、両方向の方形波となる。

 

ž  皮相電力:

 

ž  基本波力率:

電源電流は、電源電圧(正弦波)に対しα 遅れた方形波となる。

 

ž  直流電圧:

 

ž  有効電力:

 

ž  総合力率:

 

ed

 

 

 

(2) 単相混合ブリッジ整流回路

サイリスタのオンオフのタイミングと、ダイオードのオンオフのタイミングが制御角の分だけずれる。出力電圧は負にならないので、他励式インバータ動作はしない。

 

ž  電流実効値:

サイリスタ・ダイオードのオンのタイミングがかみ合った時だけ電流が流れる。

 

ž  皮相電力:

 

ž  基本波力率:

電源電流はα の分だけ立ち上がりが遅れ、かつ、電流オンの期間が半周期ごとにα だけ減ってしまっているので、電源電圧(正弦波)に対する位相の遅れはα/2となる。

 

ž  直流電圧:

 

ž  有効電力:

 

ž  総合力率:

 

ed

 

 

 

(3) 単相コンデンサインプット型ブリッジ整流回路

一周期のうち、電圧ピーク付近のわずかな期間にコンデンサは充電され、それ以外のコンデンサが負荷に電流供給している期間は、全てのダイオードがオフになる。

ž  軽負荷において、高い直流電圧が得られる。小容量電源に適する。

ž  鉄心を使うリアクトルよりも、コンデンサの方が小型・軽量で安価である。

ž  出力の脈動が大きいと、コンデンサに流れる電流が大きくなり、コンデンサを加熱し寿命を短くする。

 

 

4. 三相半波整流

三相半波サイリスタ整流回路

制御角α によって、直流電圧の出力制御が可能となる。

出力電圧は負にならないので、他励式インバータ動作はしない。

 

ž  電流実効値(一相分):

オン期間2π/3の片側方向のみの方形波となる。

負荷に流れる電流 は三相分トータルで連続的になる。

 

ž  皮相電力(三相分):

 

ž  基本波力率:

電源電流は、電源電圧(正弦波)に対α れた方形波となる。

 

ž  直流電圧:

 

ž  有効電力:

 

ž  総合力率:

 

ed

 

 

ž  直流電圧:

 

ž  有効電力:

 

ž  総合力率:

 

 

5. 三相相全波整流

三相サイリスタブリッジ整流回路

制御角α よって、直流電圧の出力制御が可能となる。

単相ブリッジ同様α >π /2 になると、出力電圧が負になるので、直流電源を挿入すれば、他励式インバータ動作が可能となる。α =π /2 の時は、出力0となる。

 

 

 

ž  電流実効値(一相分):

半周期あたりのオン期間2π/3、両方向の方形波となる。

負荷に流れる電流 は三相分トータルで連続的になる。

 

ž  皮相電力(三相分):

 

ž  基本波力率:

電源電流は、電源電圧(正弦波)に対しα 遅れた方形波となる。

 

 

ž  直流電圧:

平均の計算に関して、三相半波のed を上下二つ合わせた形とみなせる。

 

線間電圧:

 

ž  有効電力:

 

ž  総合力率:

 

ed

 

 

 

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